Máquina de vapor, máquina que utiliza la energía del vapor para realizar un trabajo mecánico mediante la acción del calor.
A continuación, un breve tratamiento de las máquinas de vapor. Para un tratamiento completo de la energía y la producción de vapor y de las máquinas y turbinas de vapor, véase Conversión de energía: Motores de vapor.
En una máquina de vapor, el vapor caliente, generalmente suministrado por una caldera, se expande bajo presión, y parte de la energía térmica se convierte en trabajo. El resto del calor puede dejarse escapar o, para obtener la máxima eficiencia del motor, el vapor puede condensarse en un aparato separado, un condensador, a una temperatura y presión comparativamente bajas. Para obtener un alto rendimiento, el vapor debe pasar por un amplio rango de temperaturas como consecuencia de su expansión dentro del motor. El rendimiento más eficaz, es decir, la mayor producción de trabajo en relación con el calor suministrado, se consigue utilizando una temperatura de condensador baja y una presión de caldera alta. El vapor puede calentarse aún más haciéndolo pasar por un sobrecalentador en su camino desde la caldera hasta el motor. Un sobrecalentador común es un grupo de tubos paralelos con sus superficies expuestas a los gases calientes del horno de la caldera. Mediante los sobrecalentadores, el vapor puede calentarse más allá de la temperatura a la que se produce al hervir el agua.
En un motor alternativo, el tipo de máquina de vapor de pistón y cilindro, el vapor a presión se admite en el cilindro mediante un mecanismo de válvula. A medida que el vapor se expande, empuja el pistón, que suele estar conectado a una manivela sobre un volante para producir un movimiento rotatorio. En la máquina de doble efecto, el vapor de la caldera se admite alternativamente a cada lado del pistón. En una máquina de vapor simple, la expansión del vapor tiene lugar en un solo cilindro, mientras que en la máquina compuesta hay dos o más cilindros de tamaño creciente para una mayor expansión del vapor y una mayor eficiencia; el primer y más pequeño pistón es operado por el vapor inicial de alta presión y el segundo por el vapor de menor presión agotado del primero.
En la turbina de vapor, el vapor se descarga a gran velocidad a través de toberas y luego fluye a través de una serie de palas fijas y móviles, haciendo que un rotor se mueva a gran velocidad. Las turbinas de vapor son más compactas y suelen permitir temperaturas más altas y relaciones de expansión mayores que las máquinas de vapor alternativas. La turbina es el medio universal utilizado para generar grandes cantidades de energía eléctrica con vapor.
Aprende sobre la máquina de vapor de James Watt.
Contunico © ZDF Enterprises GmbH, MainzVer todos los vídeos de este artículo
Las primeras máquinas de vapor fueron las novedades científicas de Héroe de Alejandría en el siglo I d.C., como el eolípilo, pero hasta el siglo XVII no se intentó aprovechar el vapor para fines prácticos. En 1698, Thomas Savery patentó una bomba con válvulas manuales para elevar el agua de las minas mediante la succión producida por la condensación del vapor. Hacia 1712, otro inglés, Thomas Newcomen, desarrolló una máquina de vapor más eficaz con un pistón que separaba el vapor de condensación del agua. En 1765, James Watt mejoró considerablemente el motor de Newcomen añadiendo un condensador independiente para evitar el calentamiento y el enfriamiento del cilindro en cada carrera. A continuación, Watt desarrolló un nuevo motor que hacía girar un eje en lugar de proporcionar el simple movimiento ascendente y descendente de la bomba, y añadió muchas otras mejoras para producir una planta de energía práctica.
Un engorroso carro de vapor para las carreteras fue construido en Francia por Nicholas-Joseph Cugnot ya en 1769. Richard Trevithick, en Inglaterra, fue el primero en utilizar un vagón de vapor en un ferrocarril; en 1803 construyó una locomotora de vapor que en febrero de 1804 realizó con éxito una ruta a caballo en Gales. La adaptación de la máquina de vapor al ferrocarril se convirtió en un éxito comercial con el cohete del ingeniero inglés George Stephenson en 1829. El primer barco de vapor práctico fue el remolcador Charlotte Dundas, construido por William Symington y probado en el canal de Forth y Clyde (Escocia) en 1802. Robert Fulton aplicó la máquina de vapor a un barco de pasajeros en Estados Unidos en 1807.
Aunque la máquina de vapor dio paso al motor de combustión interna como medio de propulsión de vehículos, el interés por ella resurgió en la segunda mitad del siglo XX debido a los crecientes problemas de contaminación atmosférica causados por la quema de combustibles fósiles en los motores de combustión interna.
0 comentarios